1.4: Determinación de la composición porcentual en masa de una solución acuosa

1. por ciento en masa - directo

1. Coloque un pequeño volumen de una solución en un plato limpio y secado al horno de la taza o cristalización.
2. Después de determinar con precisión el peso total exacto de la solución, calentar el vaso o el plato sobre una placa o en un horno para eliminar el agua. Evaporación lenta es el mejor método, como punto de ebullición puede resultar en salpicaduras de la solución.
3. Una vez que el solvente se haya evaporado, enfriar el resto sólido (soluto) y determinar la masa.
4. Calcular el porcentaje total como:
   

2. porcentaje por masa - usando una curva de calibración

1. Realizar una serie de soluciones patrón disolviendo cantidades conocidas de soluto en un solvente. Cinco normas se recomiendan y deben estar comprendida entre el mínimo a las composiciones por ciento esperadas máximo.
   1. Si se conoce el valor aproximado, producen una serie de soluciones que van desde 0% a través de la máxima solubilidad del soluto en agua. Tablas de referencia están disponibles para indicar la solubilidad máxima para muchos sólidos en agua en una variedad de rangos de temperatura.
   2. Por ejemplo, para producir una solución de cloruro de sodio (NaCl) 35% (w/w), agregue 35 g a un matraz, luego agregue 65 g (o 65 mL, volumen puede utilizarse también cuando medir agua puro desde la densidad se sabe que es 1.0 g/mL a temperatura ambiente) de agua y mezcle la solución hasta que el sólido se disuelva. Porque la masa es aditivo, esto sería lo mismo que agregar agua suficiente para la total solución tiene una masa de 100 g.
2. Después de medir la masa de un volumen preciso de cada una de las soluciones estándar, calcular la densidad como:

3. Análisis de los datos

1. Trazar los valores de densidad contra el porcentaje en masa de las soluciones patrón y determinar la pendiente de la línea. Esta vertiente corresponde a la densidad vs % masa de la solución, ajuste una ecuación lineal, y = mx + b (figura 1).
2. Obtener la masa del volumen específico de soluciones para calcular la densidad de la solución de la muestra desconocida. Ahora que se conoce la pendiente de la línea, determinar el porcentaje en masa de soluto resolviendo para "x" usando la densidad medida y pendiente de la curva de calibración.

Determinar y comprender la composición de una solución es fundamental en una amplia gama de técnicas químicas. Una solución es una mezcla homogénea, compuesta por una sustancia disuelta en un líquido. La sustancia disuelta se llama soluto y el fluido a granel se llama solvente. Las soluciones se pueden describir de varias maneras??? En primer lugar, por el tipo de disolvente utilizado para disolver el soluto. Las soluciones acuosas utilizan agua como disolvente. Los disolventes orgánicos, como el cloroformo, el acetonitrilo o la acetona, se utilizan para fabricar soluciones orgánicas, dependiendo de las propiedades del soluto.

Las soluciones también se describen por la cantidad de soluto disuelto en un cierto volumen del solvente, o la concentración. Para obtener más información, consulte el video de esta colección sobre "Soluciones y concentraciones".

Una forma en que se puede calcular la concentración de la solución se basa en la masa de cada componente de la solución, llamada porcentaje de masa. Este video presentará el porcentaje de masa de las soluciones y demostrará cómo determinar el valor en el laboratorio.

La cantidad de soluto en el solvente se puede expresar de varias maneras. Primero, el porcentaje de masa se calcula como la masa del soluto dividida por la masa total de la solución. El porcentaje de masa se escribe como porcentaje de peso/peso, ya que a veces se denomina porcentaje de peso. Sin embargo, el término porcentaje de masa generalmente se considera correcto.

La cantidad de soluto en una solución también se puede expresar en términos de porcentaje de masa por volumen, comúnmente utilizado en biología, y se calcula como la masa total del soluto dividida por el volumen de la solución. Esta unidad no es un porcentaje verdadero, ya que no es una cantidad adimensional. Del mismo modo, también se utiliza el porcentaje de volumen, donde el volumen del soluto se divide por el volumen total de la solución.

El porcentaje de masa difiere del porcentaje de volumen, ya que solo la masa es una cantidad aditiva. La masa de la solución es la suma de los componentes. El volumen, por otro lado, no siempre es aditivo, ya que las moléculas del soluto encajarán en espacios abiertos entre las moléculas de solvente, lo que resultará en menos volumen de lo esperado.

Se pueden utilizar varios métodos sencillos para determinar el porcentaje de masa de una solución en el laboratorio. Primero, el método directo requiere registrar la masa total de la solución y luego evaporar el solvente. El sólido que queda es el soluto, que luego se pesa y se usa para calcular el porcentaje de masa.

La densidad también se puede utilizar para determinar el porcentaje de masa de una concentración desconocida. En primer lugar, se preparan una serie de soluciones estándar, con un rango de cantidades de soluto. Seleccione estándares que varíen en concentración desde la ausencia de soluto hasta la máxima solubilidad del soluto. A continuación, se calcula la densidad para cada patrón y se compara con la de la muestra. Ahora que se han esbozado los conceptos básicos de los cálculos del porcentaje de masa, echemos un vistazo al cálculo del porcentaje de masa utilizando el método directo y el método de la densidad en el laboratorio.

Primero, pese un vaso de precipitados limpio y secado al horno o un plato de cristalización, y registre la masa.

Coloque un pequeño volumen de la solución en el plato y pese con precisión la solución y el plato. Reste el peso del plato y anote la masa de la solución.

A continuación, coloque el plato en una placa calefactora o en un horno para expulsar el agua. La evaporación lenta es ideal, ya que la ebullición puede provocar salpicaduras de la solución y pérdida de soluto. Una vez que el solvente se haya evaporado, enfríe el sólido restante, que es el soluto. Determine con precisión la masa. Calcule el porcentaje de masa dividiendo la masa del soluto después de la evaporación por la masa de la solución inicial.

En primer lugar, prepare cinco estándares, con composiciones porcentuales que van desde el mínimo hasta el máximo de la composición porcentual desconocida esperada. No exceda la solubilidad del sistema. Calcule la cantidad de soluto y solvente necesaria para preparar las composiciones porcentuales.

Pesar el soluto y luego disolverlo en el peso específico del solvente.

A continuación, mida la masa de un volumen preciso de cada solución estándar. A continuación, calcule la densidad de cada solución. Haz lo mismo con la solución desconocida. Vea el video de esta colección sobre la densidad para obtener más información.

Represente los valores de densidad de las soluciones estándar frente a los porcentajes de masa. En este ejemplo, se preparó un conjunto de patrones de cloruro de sodio con composiciones porcentuales de masa que oscilan entre 5 ? 25% de soluto en solución. Después de trazar los datos, aplique una línea de tendencia lineal y determine la ecuación, donde y es la densidad y x es la composición porcentual de masa. Utilice la densidad de la solución desconocida, en este caso 1,053 g/mL, para determinar su porcentaje de masa. Resolviendo para x, se encontró que es 7.4%.

Ahora que ha visto los conceptos básicos para determinar el porcentaje de masa de las soluciones acuosas, echemos un vistazo a algunos casos en los que se debe conocer la concentración de una solución.

Las soluciones tampón se usan comúnmente en muchos experimentos de laboratorio, especialmente en aplicaciones biológicas. Las soluciones tampón contienen una concentración específica de ácidos débiles o bases disueltos y sus conjugados, lo que les permite mantener y resistir los cambios de pH. A menudo, los tampones se preparan utilizando una mezcla de muchas sales, incluidas aquellas con grupos fosfato que mantienen un pH constante en el rango de 7,2 ? 7.6.

El porcentaje de masa también se utiliza para separar mezclas complejas, como en este ejemplo de un gradiente de densidad. Para ello, se preparan soluciones con un rango de porcentaje de masa y, a continuación, se superponen secuencialmente desde un alto porcentaje de masa hasta un porcentaje de masa bajo. Esto crea un gradiente de densidad en el tubo. A continuación, la muestra se carga en la parte superior del gradiente y se centrifuga. A continuación, los componentes de la mezcla se separan en función de la distancia que recorren por el tubo.

Comprender el porcentaje de masa no solo es fundamental para las aplicaciones químicas, sino también para los estudios ambientales. Es importante comprender el contenido de humedad del suelo para identificar las condiciones ambientales que pueden influir en los ecosistemas. El contenido de humedad del suelo es un porcentaje de masa que describe la cantidad de agua retenida en el suelo. El contenido de humedad se encuentra fácilmente pesando el suelo húmedo, desecando el suelo en un horno y volviendo a pesarlo.

Acabas de ver la introducción de JoVE para determinar el porcentaje de masa de una solución acuosa. Ahora debe comprender la importancia del porcentaje de masa, su uso en el laboratorio y cómo determinarlo para una solución acuosa.

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